Bachelorarbeit von Christian Schütz

Studiengang Geoinformatik und Vermessung

Thema: Konzeption eines Webviewers zur Echtzeit-Schattierung von Normal Maps als Web Map Service (WMS)

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Partner: Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik

Bearbeitungs-Zeitraum: 24. Juli - 30. August 2013

Ausgangslage

Das Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik plant die Entwicklung eines Viewers zur Visualisierung von raumbezogenen Bilddaten mit Höhninformationen.  Eine interaktive Beleuchtungsfunktion soll durch die daraus resultierenden Schattenwürfe Details von Oberflächen und damit eine Detektion von Kanten und kleinsten Unebenheiten ermöglichen. Das Konzept für den Viewer sieht die Anbindung von Geowebdiensten vor. Die Verarbeitung und Bereitstellung der Bilder wird von einem Server durchgeführt, während die Visualisierung beim Anwender  clientseitig umgesetzt wird.

Zielsetzung 

Ziel der Bachelorarbeit ist die konzeptionelle Entwicklung der clientseitigen Verarbeitung von Normal Maps in einem Webiewer. Die zu verarbeitenden Daten werden über einen Web Map Service bereitgestellt. Der Sutrenviewer des Sutren Web Atlas dient als Grundlage für die Entwicklung des Webviewers.

Die konzeptionelle Entwicklung beinhaltet die Recherche und Evaluierung von Anwendungsgebieten eines 2,5D-Viewers. Aus dem Verwendungszweck resultierend sind verwendbare Daten, beispielsweise SRTM-Daten und Lasercans, zu recherchieren und  auf ihren Nutzen zu evaluieren. Die Funktionen des Sutrenviewers und dessen Umsetzung sind auf Nutzen, Layout und Bedienung zu untersuchen und darauf aufbauend der Funktionsumfang des Webviewers aufzustellen. Der Funktionsumfang ist in einem Bedienungskonzept umzusetzen, dazu gehören Layout und Steuerung der einzelnen Funktionen. Für die Umsetzung geeignete Technologien sind zu recherchieren und in ein Konzept zu entwickeln. 

Ergebnisse der Arbeit

Die Recherche nach Anwendungsgebieten ergibt ein großes Potential für einen Webviewer, der eine Detektion von Oberflächenstrukturen ermöglicht. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass verschiedene Webviewer für GIS-Analysen und archäologischen Prospektionen innerhalb eines Webbrowsern Verwendung finden und Forschungsprojekte durchgeführt werden. Auf Fachtagungen und Konferenzen werden Web-Lösungen für Mapping, Transformationen etc. vorgestellt. Der Webviewer eignet sich im Besonderen für Archäologen, da diese zur Prospektion Geländemodelle und Luftbilder einlesen und nutzen können oder das analoge Rubbing, die Abreibung durch Papier, gegen virtuelle 3D-Ansichten ersetzen können. Durch die Echtzeit-Schattierung können in den genannten Anwendungsfällen feine Oberflächenstrukturen eines Geländes, einer Wand mit Schriftzeichen oder Artefakten in Echtzeit erkannt und ausgewertet werden. Aus dem Verwendungszweck resultieren die in Frage kommenden Eingangsdaten. Darunter sind verschiedene Geländemodelle aus Satellitendaten, terrestrischen 3D-Scans, LIDAR-Daten, und Satellitenbilder.   

Die Funktionen des Sutrenviewers sind auf Umsetzung Nutzen, Layout und Bedienung untersucht. Der Funktionsumfang des Sutrenviewers wird größtenteils übernommen. Die Schattierungsfunktion erhält, neben der direktionalen Lichtquelle, das Sonnenlicht darstellt, eine zusätzliche Lichtart, das Spotlight, eine Taschenlampe. Es wird eine einfache Zeichen- und Druckfunktion hinzugefügt, um erkannte Strukturen festhalten zu können. Das Layout ist komplett überarbeitet und ein neues Bedienungskonzept erstellt worden. Die vier Funktionen Schattierung, Zeichnen, Messen und WMS-Einbindung werden über den Menükompass ausgewählt.

Konzept des Graphischen Benutzerinterface mit Menükompass und Steuerelement des Spotlight

Die Server-Client Architektur ist festgelegt und der jeweiligen Prozesse dem Client und Server zugewiesen worden. Der Server übernimmt die Prozessierung der Normal Maps und Bereitstellung als WMS. Der Client-Browser lädt die Daten über den WMS und liest die Normalenvektoren aus der Normal Map. Danach erfolgt die Übergabe an den Rendering-Prozess der Schattierungsfunktion und am zuletzt wird das Ergebnis im Webviewer visualisiert. Für die Umsetzung sind verschiedene Technologien und Frameworks vorgestellt und anhand von Beispielen belegt worden.

Darstellung der Client-Server Architektur und Prozesskette einer Normal Map